地下人防工程全盖挖逆作法施工技术

1地下人防工程全盖挖逆作法施工技术【摘要】：全盖挖逆作法是相对常规“大开挖”的“正作法”而言，是一项近几年发展起来的新兴的施工技术。该技术适用于市区建筑密度大，邻近建筑物及周围环境对沉降变形敏感，施工场地狭窄，施工工期紧张，地基软土层厚等工程情况，对于三层及以上的地下室效果尤为明显。福鼎市太姥大道地下人防工程，北起太姥大道与南大路交汇处的环岛，南至春亭桥，位于福鼎市交通主干道太姥大道地下，道路两边均为商铺、银行等建筑物。工程施工必然要进行道路封闭，此举将对路边商户的营业造成影响，甚至需要调整部分道路通行方向，部分公交运营要作暂时调整。考虑到工程地段的特殊性，为保证封路施工的期限尽量缩短。本工程采用全盖挖逆作法施工，即先进行支护结构地下连续墙施工，再施工地下主体结构顶板，待路面恢复通车后从各楼梯口部进行地下暗挖施工。本文介绍了福鼎市太姥大道地下人防工程全盖挖逆作法的施工特点、施工工艺以及对施工过程中的重难点控制进行了详细的论述，为类似工程提供了可资借鉴的工程经验。【关键词】：全盖挖逆作法地下连续墙地下暗挖施工关键技术【引言】：逆作法在西方一些国家称之为top－downmethod或者up－downmethod意为从上往下施工的方法，在日本称之为逆打工法(SlabSubstituteShore简称SSS法，意思是指用楼板代替支撑的方法)，在我国铁路系统又称之为盖挖法。目前，我国将可持续发展作为现代化建设的一项重大战略，是我国的基本国策。而地下空间的开发和利用正符合可持续发展这一战略要求，所以，可以预见地下工程将会在二十一世纪有一个飞速发展的广阔前景，逆作法做为一种新型的施工技术，势必会在地下工程的施工中大放异彩。福鼎市太姥大道地下人防工程采用全盖挖逆作法施工，对工程赋存环境具有相对较小的不利影响，其综合技术经济指标较为理想。其路面敞口作业时间较短，对工程周边的商业及交通环境影响较小；其作为围护结构的地下连续墙支撑体系，刚度较高，可显著减小围护结构及周边环境的变形；其造价介于明挖与暗挖之间，较为低廉。本文将对本工程中采用的全盖挖逆作法的施工特点、施工工艺以及对施工过程中的重难点控制进行详细的论述。【正文】：1工程概况福鼎市太姥大道地下人防工程位于福鼎市太姥大道，地处繁华的交通主干道地下，北起太姥大道与南大路交汇处的环岛，南至春亭桥，全长约735米，宽度约30米（个别地方加宽至60米），总建筑面积为55210平方米。2本工程共设计地下室二层，有28个出地面的楼梯口部和3个通往地下二层车库的汽车出入口，工程战时功能为二等人员掩蔽部和人防物资库，并配备有人防固定电站，平时功能为地下商业城、过街通道和汽车库。本工程±0.000标高为道路路面标高，地下室结构顶板面标高设计为-3～-4米，中板面标高设计为-8.80m，底板面设计标高为-12.7～-13.30米，其中主体结构顶板、层间楼板采用现浇整体式钢筋混凝土无梁楼盖加柱帽的结构型式，底板及基础采用筏板基础，支护结构采用800mm厚地下连续墙，顶板厚600mm，中板厚350mm，底板厚800mm，外墙厚800mm，顶板、底板及外墙采用C35防水混凝土，其抗渗等级不低于P8，耐侵蚀系数不低于0.8。详见图1本工程为甲类人防工程，防核武器抗力级别为6、6B级，防常规武器抗力级别为6、6B级，防化等级丙、丁级。结构设计使用年限为50年，结构安全等级为二级，地震烈度为6度。工程将采用明挖与地下暗挖相结合的施工方法，顶板覆土厚度为3～4米，基础埋深为13.5～14.1米。本工程建成后，将成为提供战时人员掩蔽、物资储备等人防功能的大型骨干工程，平时为市民提供一个丰富的购物场所和人行过街通道，将发挥较高的战备效益，社会效益，经济效益。图1太姥大道地下人防工程断面图2逆作法施工技术的原理、分类及优缺点将高层建筑地下结构自上往下逐层施工，即沿建筑物地下室四周施工连续墙或密排桩，作为地下室外墙或基坑的围护结构，同时在建筑物内部有关位置，施工楼层中间支撑桩，从而组成逆作的竖向承重体系，随之自上向下挖一层土方，铺设土模浇筑一层地下室梁板结构，当达到一定强度后，即可作为围护结构的内水平支撑，可满足继续往下施工的安全要求。与此同时，由于地下室顶板结构的完成，也为上部结构施工创造了条件，所以也可以同时逐层向上进行地上结构的。可以大大的缩短工期。根据对四周围护结构的利用，可以将逆作法分为四类：1）全逆作法：利用地下各层钢筋混凝土肋形楼板对四周围护结构形成水平支撑。楼3盖混凝土为整体浇筑，然后在其下掏土，通过楼盖中的预留孔洞向外运土并向下运入建筑材料。常用于地下层数多于3层的地下工程，围护结构采用地下连续墙，地下中间支承柱在基础底板封底之前，能够足以承受地下各层与地上预加控制的最多层数的结构自重与施工荷载。2）半逆作法：利用地下各层钢筋混凝土肋形楼板中先期浇筑的交叉格形肋梁，对围护结构形成框格式水平支撑，待土方开挖完成后再二次浇筑肋形楼板。适用于建筑规模较大的地下室工程。3）部分逆作法：用基坑内四周暂时保留的局部土方对四周围护结构形成水平抵挡，抵消侧向压力所产生的一部分位移。适用于建筑规模较大的一至二层地下室工程。4）分层逆作法：此方法主要是针对四周围护结构，是采用分层逆作，不是先一次整体施工完成。分层逆作四周的围护结构是采用土钉墙。逆作法这种“封闭式”施工相比于传统的“敞开式”施工而言，可以大大的缩短工期，并且有良好合理的受力，围护结构变形量小，因而对邻近建筑的影响亦小，施工可少受风雨影响，最大限度利用地下空间，扩大地下室建筑面积，由于开挖和施工的交错进行，逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递至地基，减少了大开挖时卸载对持力层的影响，降低了基坑内地基回弹量。盖挖逆作法亦具有局限性，主要表现在以下几个方面：施工过程中产生的不均匀沉降对结构体系的不利影响比顺作法严重；结构体由上向下施作，施工缝多。由于混凝土结构硬化过程中的收缩与下沉的影响，不可避免的出现裂缝，对结构的刚度、耐久性、防水性均产生不利影响；多数交汇于同一节点的工程构件非同步施工，其连接精度控制难度较大；楼板一般采用土模施工，混凝土的表观质量控制难度较大。福鼎市太姥大道地下人防工程采用全盖挖逆作法施工。施工时将针对上述问题，采取相应的技术措施，以取得较好的效果。3地质水文条件本工程位于福鼎市城区太姥大道，现状道路两侧慢车道及人行道下埋设有污水、雨水、给水、电力、通讯电缆等地下管线，管线埋深约1.0～3.5米，道路两侧为已建建筑，已建建筑均为浅基础，地势平坦，地面高程在5.28～6.23米之间。场地属亚热带季风气候区，桐山溪入海口东南前缘滨海冲洪积地貌类型，属桐溪河Ⅰ级阶地地貌单元。3.1各岩土层结构特征及分布情况根据本工程地质勘探揭露，在钻探控制深度范围内，按其岩性及其工程特性，自上而下可划分为六层，依次分别为①素填土、②粉质粘土、③细砂、④卵石、⑤砂土状强风化凝灰岩、⑥碎块状强风化凝灰岩。详见图24素填土粉质粘土细砂卵石砂土状强风化凝灰岩碎块状强风化凝灰岩图2地质剖面图3.2地下水类型及赋存情况本工程场地地下水主要为上层滞水和潜水类型，地下水主要赋存于：（1）①素填土中的上层滞水。该层透水性较差～中等，富水性中等，水量不大，直接受大气降水和地表水补给。（2）③细砂和④卵石层中的孔隙潜水。③细砂渗透性中等～较强，富水性中等，该层仅局部分布，水量一般不大，但局部地段和④卵石层连通，水量较大；④卵石透水性强，富水性好，水量较大。（3）②粉质粘土中孔隙水。该层透水性较差，富水性总体较差，表现为相对隔水层。（4）⑤砂土状强风化凝灰岩、⑥碎块状强风化凝灰岩中的基岩孔隙裂隙水。岩层渗透性主要受孔隙裂隙性质及发育程度控制，从勘察时揭露情况来看，张性裂隙较发育，与相邻含水层的连通性较好，水量较大，具弱承压性。4本工程全盖挖逆作法工艺施工总体方案根据上述水文地质条件、周边环境及施工工期等因素综合考虑下，本工程采用全盖挖逆作法施工，可以最大程度的保证周边建筑物的安全、减小对周边环境的影响和加快工期进度等。现将本工程施工总体方案做一介绍：4.1地下连续墙施工阶段按照基础外围面积，先施工四周的支护结构，根据本工程地质勘查报告显示，卵石层为主要岩土层，在本工程范围内均有分布，并且地下水丰富，渗透系数较大，考虑到以上地质条件和本工程口部位置结构墙体距离周边建筑物较近的这个因素（详见图3），故支护体系选择了地下连续墙工艺，共计367幅槽段，墙厚800mm，混凝土等级为C35P8,墙体深度为入砂土状强风化凝灰岩下1米左右（20～23米左右）。5图3地下连续墙与周边环境的关系示意图4.2顶板施工阶段地下连续墙施工完毕后，即开始顶板明挖施工，顶板厚度为600mm。首先破碎路面，机械开挖至顶板底标高上10cm后，改为人工清平，待土方开挖至标高后，打设标高控制木桩，铺50mm石粉找平，在石粉上铺一次性木模板或防水胶合板，板厚18mm。模板铺设完毕后即开始钢筋安装，因本工程设计无桩基础，所以考虑到地下暗挖时柱子与柱子的连接，在顶板施工时便将柱子钢筋预先插入至土中，插入长度为50d（d为纵向受力钢筋直径）。待钢筋绑扎完毕，即开始混凝土浇筑工作，由于本工程为超长结构，所以混凝土将采用泵送，每次浇筑方量在1000m³以上（详见图4）。在此期间对地下水采取集水明排法进行降水施工，保证水位在基坑下50cm左右。图4顶板施工部分断面图4.3路面恢复施工阶段6顶板施工完毕后即开始进行土方回填以及市政管线、弱电管线恢复工作，最后进行路面恢复（“白改黑”施工），本阶段施工完毕后则太姥大道可以恢复通车。4.4地下一层暗挖施工阶段进入地下暗挖阶段后，将从各楼梯口部和车道向外出土。考虑到此时太姥大道上车辆的荷载，所以施工时采用分层、分段开挖的方式。首先采用挖掘机从楼梯口部和车道向下挖土至负一层，然后横向开挖，开挖宽度控制在10米内，长度控制在15米以内，并按照1:2.5放坡。完成一段的开挖后便立即完成柱子及柱下板带的混凝土浇筑工作，采用跳挖的方式进行施工。待两根柱子和柱下板带的混凝土强度达到后方可开挖柱间土方。应注意的是，负一层柱子与墙的钢筋同顶板施工时一样，应预先插入土中预留。在浇筑柱子混凝土时应支坡口模，并设置观察口，保证柱子混凝土浇筑密实。详见图5图5地下暗挖施工竖井外墙及地下一层主体结构部分断面图4.5地下二层暗挖施工阶段地下二层施工与地下一层施工基本相同。详见图6图6地下暗挖施工地下二层竖井外墙、柱及结构底板部分断面图75本工程全盖挖逆作法遵循的原则本工程地下土方开挖使用的机械设备以小型挖掘机为主，人工修坡及清底为辅；开挖出的土方先通过铲车水平运输至施工竖井（楼梯口部），再由地面上的长臂挖机掏挖装车外运。地下土方开挖必须进行严格控制，分层、分段进行开挖，并严格按照制定的开挖顺序进行施工。本工程地下暗挖施工的原则为：短开挖，强支撑，快衬砌，工序紧跟，快速形成混凝土结构。6本工程主要关键施工技术的研究6.1围护结构地下连续墙防止不均匀沉降主要技术措施为避免连续墙墙体发生不均匀沉降对主体结构的整体质量产生不良影响，拟采取下列措施：1）、在施工时保证地下连续墙墙趾进入第⑤层——砂土状强风化凝灰岩下最少1米的深度，从而使墙趾坐落于稳定可靠的基岩上。2）、为提高墙底地基承载力，减小墙体的不均匀沉降，在连续墙的钢筋笼内预留两根φ48注浆管，待墙体混凝土灌筑完毕且达到设计强度30％左右后，即向墙趾注水泥浆，水泥采用42.5R普通硅酸盐水泥，水灰比=0.5：1～1：1，每根管注浆2m³（详见图7）。实践证明这种技术措施是行之有效的。压注的水泥浆填充了墙趾的空隙并对墙趾沉积层进行有效的加固补强，从而减少了不均匀沉降发生的可能性。图7后注浆管位置示意图3）、在连续墙施工阶段各工序严格按照设计及操作规程进行，并特别强调在清槽阶段的施工质量，确保泥浆比重及沉渣厚度符合标准后方可转入下道工序施工。首先采用撩抓法清底，而后采用导管吸泥浆法循环清底。清底后槽底泥浆比重小于1．25，沉渣厚度不大于200mm。清槽结束后，用测锤测量成槽深